一种反冲灭弧的固相气流防雷灭弧筒的制作方法

本发明涉及一种输电线路中防雷装置的元器件，尤其涉及了一种反冲灭弧的固相气流防雷灭弧筒。

背景技术：

在我国的电力能源和负荷中心分布很不均衡，主要以煤炭发电为主。煤炭资源大部分集中在西北地区，可开发的水力资源主要集中在西部以及中部地区，而我国的负荷中心集中在东部沿海、京津唐和中部发达地区。这决定了我国要解决负荷中心的电力问题，必然在大力开发水力和火力发电的同时建设跨区域、大容量和远距离的能源输送通道。

随着输电线路电压等级的不断升高，国家累计建成了“八交十直”的特高压工程，形成了110多万千米的输电线路，拥有近5000多万基杆塔，据统计，电网雷害风险主要集中于输电线路，雷害依然是影响输电网络安全、稳定和可靠的重要因素。现有的雷电防护体系主要是“阻塞型”防雷模式，主要措施为架设避雷线和耦合地线、降低杆塔接地电阻、增强线路绝缘和安装线路避雷器等，由于其有效性、安全性以及经济性存在局限，仅仅能防护单次的弱雷击，对巨大雷击和多重雷击防护存在巨大空白。现有的“疏导型”防雷模式，主要是在绝缘子串两端安装并联保护间隙，虽然其结构简单、安装方便，但由于其没有灭弧功能模块，使系统中持续流入短路电流，只能依靠断路器切断短路电流，以“跳闸率换取事故率”，易造成线路巨大安全事故。同时因为短路电流的烧蚀作用，使得并联保护间隙绝缘配合失效，失去应用的功能。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种利用雷电自身能量灭弧的反冲灭弧的固相气流防雷灭弧筒。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种反冲灭弧的固相气流防雷灭弧筒，包括顶部封闭的灭弧筒本体；所述的灭弧筒本体顶部设有第一通孔和第二通孔；所述的第一通孔和第二通孔上分别设有引弧机构和内置灭弧气丸的气体发生器；所述的灭弧筒主体的内侧壁上设有反冲管和由若干个三通管组成的灭弧通道；所述的反冲管固定安装在灭弧筒主体的下部，并且反冲管的顶部设有一个接闪电极ⅱ，使反冲管的内部空间为向下开口的半封闭空间；所述的由若干个三通管组成的灭弧通道呈盘旋状设置在灭弧筒主体的上部，并且位于最上端的三通管与引弧机构相连接，位于最下端的三通管与接闪电极ⅱ相连接。

本发明进一步优化，在与每一个三通管的竖向管口相对应的灭弧筒主体的侧壁上设有气流喷射孔，并且三通管的竖向管口插入气流喷射孔。

本发明进一步优化，所述的引弧机构包括接闪电极i、引弧杆和罗氏线圈；所述的接闪电极i设于引弧杆底部并固定安装在灭弧筒主体顶部的第一通孔上；所述的罗氏线圈套放在引弧杆上；所述的罗氏线圈通过电线与气体发生器连接；所述的接闪电极i与位于最上端的三通管连接。通过上述方式，电弧在罗氏线圈二次回路中会产生一个感应电流，感应电流将会触发灭弧气丸动作，产生高速高压气体作用于剩余电弧，利用电弧等离子的对流、辐射和热传导的固有自熄灭特性，使电弧快速熄灭，且不会发生重燃。

本发明进一步优化，所述的三通管的两端均分别设有金属电极。通过上述方式，三通管两端的金属电极便于三通管之间的连接。

本发明进一步优化，所述的反冲管内设有金属环和凸台；所述的金属环设于凸台上。通过上述方式，凸台用于固定金属环的位置，设置金属环的目的是利用金属的导电性确保电弧能够按照预定的路径进入反冲管实现反冲作用。

本发明进一步优化，所述的反冲管的管内形状呈直筒型或喇叭型或倒喇叭型。通过上述方式，反冲管的管内形状呈喇叭型设计是为了能够形成更大的内外温度差、压力差，针对能量较强的电弧，可以形成更好反冲效果，反冲管的管内形状呈倒喇叭型反冲管设计能够利用电弧自身能量作用于能量较强的电弧。

本发明进一步优化，所述的接闪电极i和接闪电极ii外形为半椭圆形或圆形。

本发明进一步优化，所述的灭弧筒本体为直筒型。

本发明的工作原理：

当发生雷击时，电弧经过三个阶段对电弧进行消减能量或灭弧；

第一阶段：电弧首先被引入反冲管内，电弧受到反冲管本体狭管灌注作用，此时，反冲管本体内的电弧直径减小，使得电弧密度、速度、温度增加，导致管内压力的增加，最终产生压爆效应，使电弧在堵塞的反冲管底部受到反向弹力，大部分电弧的前进方向发生180°的改变，少部分电弧进入由若干个三通管组成的灭弧通道。反弹回的电弧由于速度、密度、压力更大，在与入口处形成空腔效应在入口处作用于外电弧，导致端口处的电弧产生截断。本发明中的反冲管是一个狭管灌注通道，这是电弧进入装置的唯一通道。灌注过程中产生多样的物理变化。1.电弧等离子体发生弹性形变。电弧等离子体在进入反冲管入口时，首先物理形状发生改变，由粗电弧变成了极细的电弧，径向压力转成轴向压力，由于狭管反冲效应，在电弧反冲时喷出速度会加快。2.电弧温升效应加剧。电弧变细后，电弧横截面积减小，根据公式，电弧电阻会大幅度上升。由于雷电弧在实际经验工作中常作为恒流源，根据公式可知，尽管冲击时时间仅有几微秒，但整体能量会增强，反冲管内敛性温度会升高。电弧辐射、对流、传导为能量流失的三种方式，由于封闭管道即外源性封堵环境下，热量不能得到释放，对电弧起到了阻断的作用，只会产热，不会散热，因此会产生阻断性的温升，使得管内温度持续升高。3.压爆效应急剧增加。当温度的逐步升高使得电弧积累性的增加，又进一步加剧了压爆效应，使电弧喷射力度更大。

第二阶段：电弧进入灭弧筒本体的内的若干个三通管，三通管利用压缩效应、温升效应产生的内外温度、压力不对称，在三通管内产生压缩喷射气流作用于电弧，实现横吹多点截断，实现第二阶段对电弧消减能量或灭弧。

第三阶段：若电弧还未被消除，剩余电弧经引弧机构会产生一个感应电流，感应电流将会触发灭弧气丸动作，产生高速高压气体作用于剩余电弧，利用电弧等离子的对流、辐射和热传导的固有自熄灭特性，使电弧快速熄灭，且不会发生重燃。

本专利的原理结构与现有技术“角形避雷装置（专利申请号为cn200810178607.3）”所述结构及原理相比有以下不同：

1）灭弧不存在时滞效应。由于角形避雷装置是通过雷击闪络喷出电弧喷气，该过程需要熔融、汽化而产生的金属成分或者等离子化的气体中的离子成分等的导电性成分，该成分在空气中呈现浮游状态，从而降低空气中绝缘能力并容易产生电弧位移，并在电弧位移处喷出电弧喷气，由此来阻断电弧。显然，在电弧闪络—导电材料熔融、汽化—喷出电弧喷气这一过程，存在时滞效应，即角形避雷装置存在喷出电弧喷气能量小于雷击闪络电弧能量。而本专利提出的狭管灌注效应，充分利用电弧等离子体发生弹性形变，电弧等离子体在进入反冲管入口时，首先物理形状发生改变，由粗电弧变成了极细的电弧，径向压力转成轴向压力，由于狭管反冲效应，在电弧反冲时喷出速度会加快。

2）灭弧阈值高。由于角形避雷装置的灭弧筒以及产气装置是由聚酰胺树脂（又名尼龙），所能承受温度在500℃左右，其值远小于电弧灼烧温度（最高达到3726.85℃）。故此灭弧筒以及产气装置极易受高温影响，最后导致爆裂。而本专利提出采用高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，例如合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃、有机玻璃，结合新型材料

3）不存在高温烘烤产气方式。由于角形避雷装置是通过喷出电弧喷气作用于电弧，并在间隙内吹断电弧。其中喷出电弧喷气是需要高温烘烤产气，这严重导致产气材料的损失，明显降低了装置的使用寿命。而本专利提出等离子狭管灌注效应：利用电弧等离子体流动性，在进入反冲管内电弧的径向位移变为轴向膨胀；在接触到反冲管底部受到几何弹性变形，来流电弧和去流电弧形成的压强叠加、温度叠加和密度叠加效应，使反冲模块内的压强极速倍增，破坏电弧后续能量，阻断电弧连续性。故此不存在高温烘烤产气方式，保证本专利材料损失，并且使用寿命长。

本发明具有的优点及有益效果如下：

1、本发明利用反冲管的反冲作用形成的反冲气流削弱电弧能量，结合压缩多断点截断作用再次削弱电弧能量，甚至熄灭电弧；若还存在残余电弧可经过固相气流灭弧作用彻底摧毁电弧通道，由于反冲作用和压缩作用大大降低了固相气流灭弧的难度，使得电弧极易被熄灭，且不会发生重燃。

2、本发明的反冲管是利用雷电自身能量进行灭弧，不依赖于工频能量的大小，具有自适应能力。

3、本发明三通管的横吹作用，可以利用雷电自身能量进行压缩，实现多点横吹截断，不依赖工频能量的大小，具有快速性能。

4、本发明的反冲管和压缩管利用雷电自身能量灭弧，形成内外能量双协同效应，能熄灭更高的电弧能量，确保电弧不会重燃。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的三通管主视图。

图3为本发明的三通管竖向管口朝外的俯视图。

图4为本发明的三通管竖向管口朝内的俯视图。

图5为本发明的含金属环的倒喇叭型反冲管的剖视图。

图6为本发明的含金属环的喇叭型反冲管的剖视图。

图中序号以及相对应的名称：

1-罗氏线圈，2-引弧杆，3-接闪电极i，5-三通管，7-灭弧筒本体，8-接闪电极ii，9-反冲管，10-电线，11-气体发生器，12-气流喷射孔，13-金属环，51-金属电极，52-竖向管口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

实施例1：

如图1所示，一种反冲灭弧的固相气流防雷灭弧筒，包括顶部封闭的灭弧筒本体7；所述的灭弧筒本体7顶部设有第一通孔和第二通孔；所述的第一通孔和第二通孔上分别设有引弧机构和内置灭弧气丸的气体发生器11；所述的灭弧筒主体7的内侧壁上设有反冲管9和由若干个三通管5组成的灭弧通道；所述的反冲管9固定安装在灭弧筒主体7的下部，并且反冲管9的顶部设有一个接闪电极ⅱ8，使反冲管9的内部空间为向下开口的半封闭空间；所述的由若干个三通管5组成的灭弧通道呈盘旋状设置在灭弧筒主体7的上部，并且位于最上端的三通管与引弧机构相连接，位于最下端的三通管与接闪电极ⅱ8相连接。

所述的引弧机构包括接闪电极i3、引弧杆2和罗氏线圈1；所述的接闪电极i3设于引弧杆2底部并固定安装在灭弧筒主体7顶部的第一通孔上；所述的罗氏线圈1套放在引弧杆2上；所述的罗氏线圈1通过电线10与气体发生器11连接；所述的接闪电极i3与位于最上端的三通管连接。

所述的反冲管9的管内形状呈直筒型。所述的接闪电极i3和接闪电极ii8外形为半椭圆形。所述的灭弧筒本体7为直筒型。

如图2、图3所示，在与每一个三通管的竖向管口52相对应的灭弧筒主体7的侧壁上设有气流喷射孔12，并且三通管的竖向管口52插入气流喷射孔12。所述的三通管5的两端均分别设有金属电极51。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：如图5所示，所述的反冲管9的管内形状呈倒喇叭型。

所述的反冲管9内设有金属环13和凸台；所述的金属环13设于凸台上。

本实施例设置了反冲管9内形状呈倒喇叭型的反冲管，相当于在反冲管内设计了一个阶梯式限制壁，能够充分利用进入反冲管内的电弧作用于反冲管外的电弧。在反冲管内设置金属环，可以利用金属的导电性确保电弧能够按照预定的路径进入反冲管实现反冲作用；另外，可根据不同长度的反冲管间隔一定距离设置若干个金属环。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于：如图6所示，所述的反冲管9的管内形状呈喇叭型。

所述的反冲管9内设有金属环13和凸台；所述的金属环13设于凸台上。

本实施例设置反冲管9内的形状为喇叭型，喇叭型设计是为了能够形成更大的内外温度差、压力差，针对能量较强的电弧，可以形成更好反冲效果，。

实施例4：

本实施例与实施例1不同之处在于：如图4所示，三通管5的竖向管口52可朝着灭弧筒主体7内，也能实现三通管5的灭弧效果。

显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对实施的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式子以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。